(57)【要約】    【課題】  偏向手段により２次元的に偏向されることにより生じるＴＶディストーションや被走査面に対して画像を斜めに投影したことにより生じる台形歪を良好に補正することができる２次元走査装置及びそれを用いた走査型画像表示装置を得ること。    【解決手段】  光源手段と、光源手段から発せられた光束を２次元方向に偏向する偏向手段と、偏向手段により偏向された光束を被走査面上に導光する走査光学手段とを有し、走査光学手段は１つ以上の走査光学素子を有し、１つ以上の走査光学素子のうち１つ以上の走査光学素子は、１つ以上の面がアナモフィック面であり、１つ以上の面のアナモフィック面は、第１の１次元方向における曲率半径の絶対値が、第１の１次元方向と直交する第２の１次元方向に沿って一方から他方へ向かうにつれて連続的に小さくなる曲率半径単調変化アナモフィック面であること。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源手段と、該光源手段から発せられた光束を２次元方向に偏向する偏向手段と、該偏向手段により偏向された光束を被走査面上に導光する走査光学手段と、を有する２次元走査装置において、
該走査光学手段は１つ以上の走査光学素子を有し、該１つ以上の走査光学素子のうち１つ以上の走査光学素子は、１つ以上の面がアナモフィック面であり、該１つ以上の面のアナモフィック面は、第１の１次元方向における曲率半径の絶対値が、該第１の１次元方向と直交する第２の１次元方向に沿って一方から他方へ向かうにつれて連続的に小さくなる曲率半径単調変化アナモフィック面であることを特徴とする２次元走査装置。
【請求項２】
前記偏向手段により偏向された光束のうち、前記第２の１次元方向における中心画角の光束は、前記被走査面に対して有限の角度を有して入射することを特徴とする請求項１記載の２次元走査装置。
【請求項３】
前記第２の１次元方向において、前記偏向手段により偏向された全ての光束は、前記被走査面に対して入射する角度をθｖｉとするとき、θｖｉ≧０degであることを特徴とする請求項１記載の２次元走査装置。
【請求項４】
前記第２の１次元方向において、前記曲率半径単調変化アナモフィック面を有する走査光学素子の前記第１の１次元方向の曲率半径の絶対値が小さい部分を通過した光束の前記被走査面へ入射する角度は、該曲率半径の絶対値が大きい部分を通過した光束の該被走査面へ入射する角度よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の２次元走査装置。
【請求項５】
前記１つ以上の走査光学素子のうち１つ以上の走査光学素子は、前記曲率半径単調変化アナモフィック面を複数有し、該複数の曲率半径単調変化アナモフィック面のうち、１つ以上の面は正の屈折力を有し、１つ以上の面は負の屈折力を有し、該正の屈折力を有する曲率半径単調変化アナモフィック面の前記第１の１次元方向の曲率半径の絶対値が大きい側と、該負の屈折力を有する曲率半径単調変化アナモフィック面の該第１の１次元方向の曲率半径の絶対値が大きい側とを一致させたことを特徴とする請求項１記載の２次元走査装置。
【請求項６】
前記１つ以上の走査光学素子のうち１つ以上の走査光学素子は、前記曲率半径単調変化アナモフィック面を複数有し、該複数の曲率半径単調変化アナモフィック面のうち、１つ以上の面は正の屈折力を有し、１つ以上の面は負の屈折力を有し、該正の屈折力を有する曲率半径単調変化アナモフィック面の前記第１の１次元方向の曲率半径の絶対値が小さい側と、該負の屈折力を有する曲率半径単調変化アナモフィック面の該第１の１次元方向の曲率半径の絶対値が小さい側とを一致させたことを特徴とする請求項１又は５記載の２次元走査装置。
【請求項７】
前記１つ以上の走査光学素子のうち１つ以上の走査光学素子は、入射面又は／及び出射面に前記曲率半径単調変化アナモフィック面を有し、前記偏向手段側に凹面を向けたメニスカスレンズであることを特徴とする請求項１記載の２次元走査装置。
【請求項８】
前記１つ以上の走査光学素子のうち１つ以上の走査光学素子は、前記第１の１次元方向の曲率半径の絶対値よりも前記第２の１次元方向の曲率半径の絶対値の方が大きいアナモフィック面を有することを特徴とする請求項１記載の２次元走査装置。
【請求項９】
前記１つ以上の走査光学素子のうち１つ以上の走査光学素子は、樽型のトーリック面を有することを特徴とする請求項１記載の２次元走査装置。
【請求項１０】
前記１つ以上の走査光学素子のうち１つ以上の走査光学素子は、母線を中心とし、該母線と平行な軸を中心に回転させて形成される面を有することを特徴とする請求項１記載の２次元走査装置。
【請求項１１】
前記１つ以上の走査光学素子のうち１つ以上の走査光学素子は、前記第２の１次元方向において、チルトしていることを特徴とする請求項１記載の２次元走査装置。
【請求項１２】
前記１つ以上の走査光学素子のうち１つ以上の走査光学素子は、前記第２の１次元方向において、シフトしていること特徴とする請求項１又は１１記載の２次元走査装置。
【請求項１３】
前記走査光学手段は、前記第２の１次元方向よりも前記第１の１次元方向に屈折力が強いアナモフィック走査光学系であることを特徴とする請求項１記載の２次元走査装置。
【請求項１４】
前記光源手段と前記偏向手段との間に、前記第２の１次元方向よりも前記第１の１次元方向の屈折力が弱いアナモフィック入射光学系を配置し、該光源手段から発せられた光束を該第２の１次元方向よりも該第１の１次元方向の収束度が弱い光束、もしくは該光束を該第２の１次元方向よりも該第１の１次元方向の発散度が強い光束に変換していることを特徴とする請求項１記載の２次元走査装置。
【請求項１５】
前記アナモフィック入射光学系は、前記第１の１次元方向に負の屈折力を有するシリンドリカルレンズを有することを特徴とする請求項１４記載の２次元走査装置。
【請求項１６】
前記アナモフィック入射光学系は、前記第１の１次元方向に負の屈折力、前記第２の１次元方向に正の屈折力を有するアナモフィックレンズを有することを特徴とする請求項１４記載の２次元走査装置。
【請求項１７】
光源手段と、該光源手段から発せられた光束を２次元方向に偏向する偏向手段と、該偏向手段により偏向された光束を被走査面上に導光する走査光学手段と、を有する２次元走査装置において、
該走査光学手段は１つ以上の走査光学素子を有し、該１つ以上の走査光学素子のうち１つ以上の走査光学素子の１つ以上の面は、少なくとも第１の１次元方向における周辺部において、該第１の１次元方向の局所曲率半径の絶対値が、該第１の１次元方向と直交する第２の１次元方向に沿って一方から他方へ向かうにつれて徐々に変化する局所曲率半径単調変化アナモフィック面であることを特徴とする２次元走査装置。
【請求項１８】
前記１つ以上の走査光学素子のうち１つ以上の走査光学素子は、１つ以上の面がアナモフィック面であり、該１つ以上の面のアナモフィック面は、前記第１の１次元方向における曲率半径の絶対値が、前記第２の１次元方向に沿って一方から他方へ向かうにつれて連続的に小さくなる曲率半径単調変化アナモフィック面であることを特徴とする請求項１７記載の２次元走査装置。
【請求項１９】
光源手段と、該光源手段から発せられた光束を２次元方向に偏向する偏向手段と、該偏向手段により偏向された光束を被走査面上に導光する走査光学手段と、を有する２次元走査装置において、
該偏向手段は、該光源手段から発せられた光束を第１の１次元方向へ偏向する第１の偏向器と、該第１の偏向器で偏向された光束を該第１の１次元方向と直交する第２の１次元方向へ偏向する第２の偏向器とを有しており、
該光源手段と該第１の偏向器との間、もしくは該第１の偏向器と該第２の偏向器との間に、該第２の１次元方向よりも該第１の１次元方向の屈折力が弱いアナモフィック入射光学系を配置し、該光源手段から発せられた光束を該第２の１次元方向よりも該第１の１次元方向の収束度が弱い光束、もしくは該光束を該第２の１次元方向よりも該第１の１次元方向の発散度が強い光束に変換していることを特徴とする２次元走査装置。
【請求項２０】
前記走査光学手段は、前記第２の１次元方向よりも前記第１の１次元方向の屈折力が強いアナモフィック走査光学系であることを特徴とする請求項１９記載の２次元走査装置。
【請求項２１】
前記アナモフィック入射光学系は、前記第１の１次元方向に負の屈折力を有するシリンドリカルレンズを有することを特徴とする請求項１９記載の２次元走査装置。
【請求項２２】
前記アナモフィック入射光学系は、前記第１の１次元方向に負の屈折力、前記第２の１次元方向に正の屈折力を有するアナモフィックレンズを有することを特徴とする請求項１９記載の２次元走査装置。
【請求項２３】
請求項１乃至２２の何れか１項に記載の２次元走査装置を備えたことを特徴とする走査型画像表示装置。
【請求項２４】
請求項１乃至２２の何れか１項に記載の２次元走査装置に光源手段として３色の光源を備えたことを特徴とする走査型カラー画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は２次元走査装置及びそれを用いた走査型画像表示装置に関し、特に偏向手段で偏向された光束（偏向光束）を２次元的に走査することによって被走査面（スクリーン面）上に２次元画像を投影表示するようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
光源手段から発せられた光束を偏向手段によって２次元的に偏向し、被走査面上をスポットで２次元的に光走査することによって２次元画像を形成するようにした２次元走査装置は種々と提案されている（例えば特許文献1、2参照）。
【０００３】
特許文献1では、光源手段から出射した光束を２次元的に偏向可能な偏向手段により偏向し、歪曲特性がf・sinθ特性を成している走査レンズにより被走査面上を２次元的に走査するものである。同文献１では走査レンズのf・sinθ特性と電気的な補正とにより画像の歪みを補正している。
【０００４】
特許文献２では、屈折面と反射面とを含む光学素子を用いており、光学素子の内部で光路を折り返す２次元走査光学系であって、偏心収差を補正するために屈折面もしくは反射面を面内面外共に回転対称軸を有さない非回転対称面にて構成したものである。同文献２では１つの光学素子によって構成された２次元走査光学系を用いながらも広い走査角に渡り、被走査面上における走査光の等速性を良好に補正している。また高精度な描画に必要なテレセントリック性を達成することも可能としている。
【特許文献１】特開平08-146320号公報
【特許文献２】特開平11-84291号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したように２次元走査装置は光源手段から発せられた光束を２次元的に偏向可能な偏向手段により偏向し、２次元走査光学系を介して被走査面上に２次元画像を形成するものである。このとき被走査面上の２次元走査画像に画像歪が生じることが一般に知られている。所謂、ディストーションである。
【０００６】
ディストーションには、２次元走査光学系の歪曲収差としてのディストーションや、等速走査性のディストーションや、被走査面上に描かれた画像の枠が湾曲することを称したＴＶディストーション等がある。また被走査面に対して画像を斜めに投影した場合、台形歪が発生する。
【０００７】
特許文献1では、走査光学系のf・sinθ特性と電気的な補正とによりＴＶディストーションを補正したものであるが、電気的に補正することは難しいという課題があった。
【０００８】
特許文献２では、広い走査角を有し、等速走査性のディストーションを補正し、かつテレセントリック性を達成することも可能としているが、２次元走査によって生じるＴＶディストーションを補正するものではない。同文献２においてＴＶディストーションや台形歪などの画像歪が生じると、画像の品位が劣化して高品位な画像を表示できないという問題点があった。
【０００９】
本発明は偏向手段により偏向された光束を２次元的に光走査して表示させた走査画像の画像歪を良好に補正することができる２次元走査装置の提供を目的とする。特に偏向手段により２次元的に偏向されることにより生じるＴＶディストーションや被走査面に対して画像を斜めに投影したことにより生じる台形歪を良好に補正することができる２次元走査光学系を搭載し、常に画像歪が無く高品位な画像を表示することができる２次元走査装置及びそれを用いた走査型画像表示装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明の２次元走査装置は、
光源手段と、該光源手段から発せられた光束を２次元方向に偏向する偏向手段と、該偏向手段により偏向された光束を被走査面上に導光する走査光学手段と、を有する２次元走査装置において、
該走査光学手段は１つ以上の走査光学素子を有し、該１つ以上の走査光学素子のうち１つ以上の走査光学素子は、１つ以上の面がアナモフィック面であり、該１つ以上の面のアナモフィック面は、第１の１次元方向における曲率半径の絶対値が、該第１の１次元方向と直交する第２の１次元方向に沿って一方から他方へ向かうにつれて連続的に小さくなる曲率半径単調変化アナモフィック面であることを特徴としている。
【００１１】
請求項２の発明は請求項１の発明において、
前記偏向手段により偏向された光束のうち、前記第２の１次元方向における中心画角の光束は、前記被走査面に対して有限の角度を有して入射することを特徴としている。
【００１２】
請求項３の発明は請求項１の発明において、
前記第２の１次元方向において、前記偏向手段により偏向された全ての光束は、前記被走査面に対して入射する角度をθｖｉとするとき、θｖｉ≧０degであることを特徴としている。
【００１３】
請求項４の発明は請求項１の発明において、
前記第２の１次元方向において、前記曲率半径単調変化アナモフィック面を有する走査光学素子の前記第１の１次元方向の曲率半径の絶対値が小さい部分を通過した光束の前記被走査面へ入射する角度は、該曲率半径の絶対値が大きい部分を通過した光束の該被走査面へ入射する角度よりも大きいことを特徴としている。
【００１４】
請求項５の発明は請求項１の発明において、
前記１つ以上の走査光学素子のうち１つ以上の走査光学素子は、前記曲率半径単調変化アナモフィック面を複数有し、該複数の曲率半径単調変化アナモフィック面のうち、１つ以上の面は正の屈折力を有し、１つ以上の面は負の屈折力を有し、該正の屈折力を有する曲率半径単調変化アナモフィック面の前記第１の１次元方向の曲率半径の絶対値が大きい側と、該負の屈折力を有する曲率半径単調変化アナモフィック面の該第１の１次元方向の曲率半径の絶対値が大きい側とを一致させたことを特徴としている。
【００１５】
請求項６の発明は請求項１又は５の発明において、
前記１つ以上の走査光学素子のうち１つ以上の走査光学素子は、前記曲率半径単調変化アナモフィック面を複数有し、該複数の曲率半径単調変化アナモフィック面のうち、１つ以上の面は正の屈折力を有し、１つ以上の面は負の屈折力を有し、該正の屈折力を有する曲率半径単調変化アナモフィック面の前記第１の１次元方向の曲率半径の絶対値が小さい側と、該負の屈折力を有する曲率半径単調変化アナモフィック面の該第１の１次元方向の曲率半径の絶対値が小さい側とを一致させたことを特徴としている。
【００１６】
請求項７の発明は請求項１の発明において、
前記１つ以上の走査光学素子のうち１つ以上の走査光学素子は、入射面又は／及び出射面に前記曲率半径単調変化アナモフィック面を有し、前記偏向手段側に凹面を向けたメニスカスレンズであることを特徴としている。
【００１７】
請求項８の発明は請求項１の発明において、
前記１つ以上の走査光学素子のうち１つ以上の走査光学素子は、前記第１の１次元方向の曲率半径の絶対値よりも前記第２の１次元方向の曲率半径の絶対値の方が大きいアナモフィック面を有することを特徴としている。
【００１８】
請求項９の発明は請求項１の発明において、
前記１つ以上の走査光学素子のうち１つ以上の走査光学素子は、樽型のトーリック面を有することを特徴としている。
【００１９】
請求項１０の発明は請求項１の発明において、
前記１つ以上の走査光学素子のうち１つ以上の走査光学素子は、母線を中心とし、該母線と平行な軸を中心に回転させて形成される面を有することを特徴としている。
【００２０】
請求項１１の発明は請求項１の発明において、
前記１つ以上の走査光学素子のうち１つ以上の走査光学素子は、前記第２の１次元方向において、チルトしていることを特徴としている。
【００２１】
請求項１２の発明は請求項１又は１１の発明において、
前記１つ以上の走査光学素子のうち１つ以上の走査光学素子は、前記第２の１次元方向において、シフトしていること特徴としている。
【００２２】
請求項１３の発明は請求項１の発明において、
前記走査光学手段は、前記第２の１次元方向よりも前記第１の１次元方向に屈折力が強いアナモフィック走査光学系であることを特徴としている。
【００２３】
請求項１４の発明は請求項１の発明において、
前記光源手段と前記偏向手段との間に、前記第２の１次元方向よりも前記第１の１次元方向の屈折力が弱いアナモフィック入射光学系を配置し、該光源手段から発せられた光束を該第２の１次元方向よりも該第１の１次元方向の収束度が弱い光束、もしくは該光束を該第２の１次元方向よりも該第１の１次元方向の発散度が強い光束に変換していることを特徴としている。
【００２４】
請求項１５の発明は請求項１４の発明において、
前記アナモフィック入射光学系は、前記第１の１次元方向に負の屈折力を有するシリンドリカルレンズを有することを特徴としている。
【００２５】
請求項１６の発明は請求項１４の発明において、
前記アナモフィック入射光学系は、前記第１の１次元方向に負の屈折力、前記第２の１次元方向に正の屈折力を有するアナモフィックレンズを有することを特徴としている。
【００２６】
請求項１７の発明の２次元走査装置は、
光源手段と、該光源手段から発せられた光束を２次元方向に偏向する偏向手段と、該偏向手段により偏向された光束を被走査面上に導光する走査光学手段と、を有する２次元走査装置において、
該走査光学手段は１つ以上の走査光学素子を有し、該１つ以上の走査光学素子のうち１つ以上の走査光学素子の１つ以上の面は、少なくとも第１の１次元方向における周辺部において、該第１の１次元方向の局所曲率半径の絶対値が、該第１の１次元方向と直交する第２の１次元方向に沿って一方から他方へ向かうにつれて徐々に変化する局所曲率半径単調変化アナモフィック面であることを特徴としている。
【００２７】
請求項１８の発明は請求項１７の発明において、
前記１つ以上の走査光学素子のうち１つ以上の走査光学素子は、１つ以上の面がアナモフィック面であり、該１つ以上の面のアナモフィック面は、前記第１の１次元方向における曲率半径の絶対値が、前記第２の１次元方向に沿って一方から他方へ向かうにつれて連続的に小さくなる曲率半径単調変化アナモフィック面であることを特徴としている。
【００２８】
請求項１９の発明の２次元走査装置は、
光源手段と、該光源手段から発せられた光束を２次元方向に偏向する偏向手段と、該偏向手段により偏向された光束を被走査面上に導光する走査光学手段と、を有する２次元走査装置において、
該偏向手段は、該光源手段から発せられた光束を第１の１次元方向へ偏向する第１の偏向器と、該第１の偏向器で偏向された光束を該第１の１次元方向と直交する第２の１次元方向へ偏向する第２の偏向器とを有しており、
該光源手段と該第１の偏向器との間、もしくは該第１の偏向器と該第２の偏向器との間に、該第２の１次元方向よりも該第１の１次元方向の屈折力が弱いアナモフィック入射光学系を配置し、該光源手段から発せられた光束を該第２の１次元方向よりも該第１の１次元方向の収束度が弱い光束、もしくは該光束を該第２の１次元方向よりも該第１の１次元方向の発散度が強い光束に変換していることを特徴としている。
【００２９】
請求項２０の発明は請求項１９の発明において、
前記走査光学手段は、前記第２の１次元方向よりも前記第１の１次元方向の屈折力が強いアナモフィック走査光学系であることを特徴としている。
【００３０】
請求項２１の発明は請求項１９の発明において、
前記アナモフィック入射光学系は、前記第１の１次元方向に負の屈折力を有するシリンドリカルレンズを有することを特徴としている。
【００３１】
請求項２２の発明は請求項１９の発明において、
前記アナモフィック入射光学系は、前記第１の１次元方向に負の屈折力、前記第２の１次元方向に正の屈折力を有するアナモフィックレンズを有することを特徴としている。
【００３２】
請求項２３の発明の走査型画像表示装置は、
請求項１乃至２２の何れか１項に記載の２次元走査装置を備えたことを特徴としている。
【００３３】
請求項２４の発明の走査型カラー画像表示装置は、
請求項１乃至２２の何れか１項に記載の２次元走査装置に光源手段として３色の光源を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば走査光学手段（２次元走査光学系）を構成する１つ以上の走査光学素子のうち１つ以上の走査光学素子の１つ以上の面をアナモフィック面より形成し、該１つ以上のアナモフィック面を第１の１次元方向における曲率半径の絶対値が、第２の１次元方向に沿って一方から他方へ向かうにつれて連続的に大から小へ変化する曲率半径単調変化アナモフィック面とすることにより、偏向手段により光束を２次元的に光走査して表示させた走査画像の画像歪を良好に補正することができる２次元走査装置を達成することができる。
【００３５】
特に偏向手段により２次元的に偏向されることにより生じるＴＶディストーションや被走査面に対して画像を斜めに投影したことにより生じる台形歪を良好に補正することができる２次元走査光学系を搭載し、常に画像歪が無く高品位な画像を表示することができる走査型画像表示装置を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００３７】
図１は本発明の実施例１における２次元走査装置を用いた走査型画像表示装置の要部斜視図、図２は本発明の実施例１における要部概要図である。
【００３８】
図中、１は光源手段であり、例えば赤色半導体レーザ等より成っている。
【００３９】
２は集光レンズ（コリメータレンズ）であり、光源手段１から放射された発散光束を平行光束（もしくは収束光束もしくは発散光束）に変換している。
【００４０】
３は開口絞りであり、通過光束を制限してビーム形状を整形している。
【００４１】
７は第２の１次元方向（第２の方向）よりも第１の１次元方向（第１の方向）の屈折力が弱いアナモフィック入射光学系であり、光源手段１と第１の偏向器４ａとの間に配置されている。尚、アナモフィック入射光学系７は第１の偏向器４ａと第２の偏向器４ｂとの間に配置しても良い。本実施例におけるアナモフィック入射光学系７は第１の１次元方向にのみ負の屈折力（パワー）を有するシリンドリカルレンズより成り、光源手段１から放射された光束を第１の１次元方向にのみ発散光束に変換し、第２の１次元方向は平行光束のまま第１の偏向器に入射させている。
【００４２】
尚、本明細書において第１の１次元方向とは走査線（Ｘ軸方向）に対して平行な方向（Ｘ軸方向  子線方向）を意味し、第２の１次元方向とは走査線（Ｘ軸方向）に対して垂直な方向（Ｙ軸方向  母線方向）を意味する。
【００４３】
４は偏向手段（２次元偏向手段）であり、例えば反射面を１つの面に有した１次元方向に共振可能な第１の偏向器４ａと、等角速度にて偏向が可能な第２の偏向器（偏向ミラー）４ｂとを有している。
【００４４】
本実施例では光源手段１から発せられた光束を第１の偏向器４ａによって水平方向（Ｘ軸方向）に偏向し、該第１の偏向器４ａからの光束（偏向光束）を第２の偏向器４ｂによって垂直方向（Ｙ軸方向）へ偏向することで、光源手段１から発せられた光束を２次元的に偏向している。
【００４５】
５は走査光学手段としての２次元走査光学系であり、走査光学素子としての第１、第２、第３の３枚の走査レンズ５ａ，５ｂ，５ｃを有しており、垂直方向（Ｙ軸方向）よりも水平方向（Ｘ軸方向）にパワーが強いアナモフィック走査光学系より構成されており、偏向手段４によって２次元的に偏向された光束を被走査面としてのスクリーン面６上にスポットとして結像させている。
【００４６】
本実施例においては第１、第２、第３の３枚の走査レンズ５ａ，５ｂ，５ｃのうち、該第１の走査レンズ５ａの入射面５ａｉ、出射面５ａｏ、そして第２の走査レンズ５ｂの入射面５ｂｉが水平方向（Ｘ軸方向）の曲率半径の絶対値よりも垂直方向（Ｙ軸方向）の曲率半径の絶対値の方が大きいアナモフィック面より形成されている。またこのアナモフィック面は水平方向（Ｘ軸方向）における曲率半径の絶対値が、垂直方向（Ｙ軸方向）に沿って一方から他方へ向かうにつれて連続的に大から小へ変化する曲率半径単調変化アナモフィック面より形成されている。また曲率半径単調変化アナモフィック面を有する第１、第２の走査レンズ５ａ，５ｂは偏向手段４側に凹面を向けたメニスカスレンズより成っている。
【００４７】
６は被走査面としてのスクリーン面である。
【００４８】
本実施例においては光源手段１から発せられた発散光束は集光レンズ２により平行光束に変換され、開口絞り３によって光束幅が制限される。開口絞り３を通過した光束はアナモフィック入射光学系７によって水平方向にのみ発散光束に変換される。変換された光束は第１の偏向器４ａにより水平方向（Ｘ軸方向）に偏向され、さらに第２の偏向器４ｂにより垂直方向（Ｙ軸方向）へ偏向され２次元的に偏向する。
【００４９】
そして偏向手段４によって２次元的に偏向された光束が２次元走査光学系５を介してスクリーン面６上に導光され、該スクリーン面６上を２次元的に光走査している。このように第１の偏向器４ａにより水平方向へ高速に光走査して走査線を描き、第２の偏向器４ｂにより垂直方向に低速に光走査してスクリーン面６上に２次元画像を表示している。
【００５０】
本実施例では第１の偏向器４ａにはＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術などで作製されたＭＥＭＳデバイス（ＭＥＭＳミラー）を用いている。
【００５１】
図３にＭＥＭＳデバイスの要部概要図を示す。
【００５２】
同図において４ａは第１の偏向器としてなるＭＥＭＳデバイスである。反射面４ａ-１はトーションバー４ａ-２によって筐体４ａ-３へ支持されており、反射面４ａ-１の裏面に備えた磁石が不図示のコイルから発生する磁力に反応して１次元方向に振動する。この振動によって光束が水平方向に偏向されるようにＭＥＭＳデバイス４ａの向きを合わせている。
【００５３】
また第２の偏向器４ｂとしては等角速度で変位するステッピングモータに取り付けた平面ミラー（偏向ミラー）を用いている。本実施例においては第１の偏向器であるＭＥＭＳデバイス４ａと第２の偏向器である偏向ミラー４ｂとを近づけて配置しており、その間隔を7.0(mm)としている。
【００５４】
２次元走査装置によってスクリーン面６上に描かれる走査画像は、入力した映像信号の通りに表示されることが望ましい。しかしながら２次元走査装置では、２次元走査光学系５の歪曲収差や等速性のディストーションに加えて、ＴＶディストーションが発生し、映像信号で与えられた所望の形状から画像歪が生じ、走査画像の品位を劣化させて問題となっていた。特に２次元走査に起因するＴＶディストーションは、通常、矩形形状であるはずの枠線や格子状の映像が湾曲して表示されるものであり、画像の品位を著しく劣化させるものであった。
【００５５】
また本実施例における２次元走査装置は斜め投影方式にてスクリーン面６上に走査画像を表示させている。
【００５６】
図４は本実施例における２次元走査装置の垂直方向（Ｙ軸方向）の要部概要図（垂直断面図）である。
【００５７】
同図に示したように第１の偏向器４ａ及び第２の偏向器４ｂで偏向された光束は２次元走査光学系５を介してスクリーン面６上を光走査する。このとき垂直方向（Ｙ軸方向）における中心画角の光束Ｌｖｃは、スクリーン面に対して有限の角度θｖｃ（≠0deg）を有して入射している。特に全ての光束は垂直方向においてスクリーン面６に対して入射する入射角θｖｉをθｖｉ≧０degとしている。
【００５８】
このように斜め投影方式により、スクリーン面６上に表示した走査画像を上方へシフトさせ、観察者にとって見やすいように走査画像を配置している。尚、図４においてＬｖｈは最大画角の光束、Ｌｖｌは最小画角の光束である。
【００５９】
次に２次元走査光学系５を構成する第１、第２、第３の３枚の走査レンズ５ａ，５ｂ，５ｃについて図５を用いて説明する。
【００６０】
同図は本実施例における２次元走査装置の２次元走査光学系５の垂直断面図である。
【００６１】
本実施例では２次元走査光学系５を３枚の走査レンズ５ａ，５ｂ，５ｃから構成し、偏向手段４側から順に第１の走査レンズ５ａ，第２の走査レンズ５ｂ，第３の走査レンズ５ｃとしている。尚、２次元走査光学系５の光軸ＡＸは、第２の偏向器４ｂの中心を通過し、第１の走査レンズ５ａの光軸ＡＸ５ａに対して平行となる軸として定義する。
【００６２】
第１、第２、第３の３枚の走査レンズ５ａ，５ｂ，５ｃは２次元走査光学系５の光軸ＡＸに対して垂直方向（Ｙ軸方向）において、シフト又は／及びチルトして配置されており、特に第１の走査レンズ５ａと第２の走査レンズ５ｂは、２次元走査光学系５の光軸ＡＸに対して光束が通過しない側へシフトされている。よって第１の走査レンズ５ａと第２の走査レンズ５ｂは夫々の走査レンズ５ａ，５ｂの光軸ＡＸ５ａ，ＡＸ５ｂに対して片側（図面上、上側）のみを使用している。
【００６３】
図６は本実施例における２次元走査装置の２次元走査光学系５の垂直断面図である。
【００６４】
同図に示すように第１、第２、第３の走査レンズ５ａ，５ｂ，５ｃに光線が通過しない部分はカットしている。第１、第２の走査レンズ５ａ、５ｂは夫々のレンズ光軸ＡＸ５ａ，ＡＸ５ｂ（不図示）から図面上、下側の部分を使用しないため、カットされている。
【００６５】
表−１に本実施例における２次元走査装置の構成を示す。
【００６６】
【表１】
2005157111.tif 000003
【００６７】
表−１に示すように第１の走査レンズ５ａの入射面５ａｉ、出射面５ａｏ、そして第２の走査レンズ５ｂの入射面５ｂｉにＹトーリック面（Ｙトロイダル面）を採用している。その他の走査レンズのレンズ面は球面もしくはシリンドリカル面で構成している。
【００６８】
ここで図７（Ａ）、（Ｂ）を用いてＹトーリック面を説明する。図７（Ａ）はＹトーリック面の母線と子線の関係を示す図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）で示す母線を回転させて形成されるＹトーリック面の要部概要図である。
【００６９】
図７(Ａ)に示したようにＹトーリック面は垂直方向（Ｙ軸方向）が母線である。この母線と同一平面内にあって且つ母線から距離Ｒｘだけ離れた位置に回転軸がある。図７（Ｂ）に示したようにＹトーリック面はこの回転軸を中心に母線を回転させて形成される面である。Ｙトーリック面は母線と回転軸との距離によって子線方向（水平方向）の曲率半径（以下「子線曲率半径」とも称す。）が決まり、母線の中心における子線曲率半径はＲｘであるが、母線方向（垂直方向）に沿った位置での子線曲率半径Ｒｘｉを母線形状に応じて変化させることができる面である。このため比較的容易に曲率半径が徐々に変化する面を作製することができ、ガラスレンズを研磨して加工することも可能である。
【００７０】
第１の走査レンズ５ａの入射面５ａｉ、出射面５ａｏ、そして第２の走査レンズ５ｂの入射面５ｂｉは、Ｙトーリック面の母線を曲率半径Ｒｙの円弧形状としている。また母線の曲率中心は偏向手段４側にあり、Ｙトーリック面の回転軸も偏向手段４側に持たせて樽型のトーリック面としてのＹトーリック面を形成している。このとき子線曲率半径Ｒｘｉは母線の位置によって変化するが、上記３面５ａｉ、５ａｏ、５ｂｉともに子線曲率半径の絶対値が母線の中心から離れるに従って徐々に小さくなる形状としている。
【００７１】
図８は第１の走査レンズ５ａの入射面５ａｉ、出射面５ａｏ、そして第２の走査レンズ５ｂの入射面５ｂｉの子線曲率半径の絶対値の変化の様子を示す図である。
【００７２】
第１の走査レンズ５ａの入射面５ａｉ、出射面５ａｏ、そして第２の走査レンズ５ｂの入射面５ｂｉは、上記の如くＹトーリック面（Ｙトロイダル面）を採用し、該Ｙトーリック面の母線は円弧で曲率半径が一定でありながら、該母線に沿った子線曲率半径の絶対値が、一方から他方へ向かうにつれて連続的に大から小へと単調に変化する曲率半径単調変化アナモフィック面としている。これにより本実施例では偏向手段４によって２次元的に光走査する際に生じる画像歪（ＴＶディストーションや台形歪）を補正している。
【００７３】
図９は本実施例における走査画像（格子）を示した図である。尚、表-２に本実施例における走査画像のＴＶディストーションならびに台形歪の値を示す。図１０は比較例として２次元走査光学系による画像歪の補正が無い場合の走査画像（格子）を示した図である。尚、表-３に比較例におけるＴＶディストーションならびに台形歪の値を示す。尚、ＴＶディストーションおよび台形歪の値は０に近いほど性能が良い。
【００７４】
【表２】
2005157111.tif 000004
【００７５】
【表３】
2005157111.tif 000005
【００７６】
次にＴＶディストーション及び台形歪みの算出方法について図１１（Ａ）、（Ｂ）を用いてを説明する。
【００７７】
図１１（Ａ）は、ＴＶディストーションの算出方法を説明する図である。ＴＶディストーションは、表示された画面の枠が湾曲した量を示した収差量であり、画面中央を通る軸に沿った変異量を画面の幅で割ったものである。よって、画面枠の各辺におけるＴＶディストーションは以下の式で表される。
上辺 Ｌ１ ： ａ／Ｂ×１００（％）
下辺 Ｌ２ ： ｂ／Ｂ×１００（％）
左辺 Ｌ３ ： ｃ／Ａ×１００（％）
右辺 Ｌ４ ： ｄ／Ａ×１００（％）
また図１１（Ｂ）は台形歪みの算出方法を説明する図である。台形歪みは表示された画面の枠が傾斜した量を示した収差量であり、画面の角の変異量を画面の幅で割ったものである。よって画面枠の各辺における台形歪みは以下の式で表される。
上辺 Ｌ１ ： ｅ／２／Ｂ×１００（％）
下辺 Ｌ２ ： ｆ／２／Ｂ×１００（％）
左辺 Ｌ３ ： ｇ／２／Ａ×１００（％）
右辺 Ｌ４ ： ｈ／２／Ａ×１００（％）
前記図１０に示したように２次元走査光学系による画像歪の補正が無い比較例の場合は斜め投影方式による台形歪が発生し、走査画像の下部から上部にかけて徐々に水平方向に広がって表示されている。このとき台形歪の量は右辺L3・左辺L4で4.32％も発生している。
【００７８】
また偏向手段４により２次元的に偏向された光束をスクリーン面６上に光走査することによるＴＶディストーションが垂直方向に発生している。これは第１の偏向器４ａで水平方向に偏向された光束が、垂直方向へ偏向する第２の偏向器４ｂに対して、水平断面においていろいろな角度で入射するためであり、２つの１次元偏向器を用いる場合は、後に偏向する側の方向にＴＶディストーションの湾曲が発生する。比較例ではＴＶディストーションの量が右辺・左辺で５4％も発生して問題となる。
【００７９】
そこで本実施例では上述した構成より成る２次元走査光学系５を用いることにより、ＴＶディストーションならびに台形歪を良好に補正している。特にＹトーリック面を用いて曲率半径単調変化アナモフィック面として用いたことによって、画像歪の補正効果を向上させている。
【００８０】
また２次元走査光学系５に複数の曲率半径単調変化アナモフィック面を設けることにより、画像歪の補正効果を格段に向上させている。このとき少なくとも１つの曲率半径単調変化アナモフィック面を正のパワーを有する面とし、Ｘ軸方向において少なくとも１つの曲率半径単調変化アナモフィック面を負のパワーを有する面として、互いの曲率半径の絶対値が大きくなる側又は／及び小さくなる側を一致させ、子線曲率半径をベンディングさせることが好ましい。これにより水平方向（Ｘ軸方向）のトータルのパワーを変更せずに主平面の位置を変更することができるので水平方向の画像歪、即ち縦線が湾曲した画像歪を良好に補正することができる。
【００８１】
図１２は本実施例の垂直方向（Ｙ軸方向）において、スクリーン面の位置と該スクリーン面へ入射する光束の入射角との関係を示した図である。
【００８２】
本実施例ではスクリーン面６の垂直方向において、偏向手段４ならびに２次元走査光学系５の位置に対して上側に映像を投影する斜め投影方式にてスクリーン面６上を光走査している。このとき偏向手段４によって偏向され、２次元走査光学系５を介してスクリーン面６へ到達した光束のうち、スクリーン面６の下部へ到達した光束はスクリーン面６に対して小さな角度で入射している。
【００８３】
一方、スクリーン面６の上部へ到達する光束はスクリーン面６へ大きな角度で入射している。光束がスクリーン面６上へ到達する位置によって、光束のスクリーン面６への入射角度は徐々に変化している。
【００８４】
本実施例における夫々のＹトーリック面５ａｉ，５ａｏ，５ｂｉは全て樽型のトーリック面であり、且つ母線の中央がスクリーン面６の垂直方向（Ｙ軸方向）において下側にあるので、夫々のＹトーリック面５ａｉ，５ａｏ，５ｂｉの子線曲率半径が大きな部分を通過した光束がスクリーンの下部へ到達し、夫々のＹトーリック面５ａｉ，５ａｏ，５ｂｉの子線曲率半径が小さな部分を通過した光束がスクリーンの上部へ到達する。
【００８５】
即ち、垂直方向において、曲率半径単調変化アナモフィック面を有する走査レンズ５ａ，５ｂの子線方向(水平方向)の曲率半径の絶対値が小さい部分を通過した光束がスクリーン面６へ入射する角度θｖｈは、該走査レンズ５ａ，５ｂの子線方向の曲率半径の絶対値が大きい部分を通過した光束のスクリーン面６へ入射する角度θｖｌよりも大きくなるように構成している。これによって本実施例では画像歪を良好に補正している。
【００８６】
このように本実施例ではスクリーン面６上を２次元的に光走査して画像を表示する２次元走査装置において、偏向手段４によって２次元的に偏向される際に生じるＴＶディストーションや斜め投影方式によって生じる台形歪などの画像歪を良好に補正している。特に２次元走査光学系５を構成する第１、第２、第３の３つの走査レンズのうち少なくとも１つの面においては、母線方向（垂直方向）に沿った位置における子線方向(水平方向)の曲率半径の絶対値が単調に変化する曲率半径単調変化アナモフィック面とすることにより、画像歪を良好に補正することができる。これによりスクリーン面６上に歪が補正された高品位の走査画像を表示することができる２次元走査装置を提供することができる。
【００８７】
本実施例では走査レンズのレンズ面に曲率半径単調変化アナモフィック面を用いた例について説明したが、これに限ったものではなく、例えば偏向手段とスクリーン面との間に反射ミラーを設け、該反射ミラーの反射面に曲率半径単調変化アナモフィック面を形成しても本発明は前述の実施例と同等の効果を得ることができる。
【００８８】
また本実施例では上述した如く光源手段１と第１の偏向器４ａとの間にアナモフィック入射光学系７を配置している。このアナモフィック入射光学系７は垂直方向（Ｙ軸方向）よりも水平方向（Ｘ軸方向）のパワーが弱く、光源手段１から発せられた光束を垂直方向よりも水平方向の収束度が弱い光束、もしくは光束を垂直方向よりも水平方向の発散度が強い光束に変換できる。
【００８９】
本実施例におけるアナモフィック入射光学系7は入射面が平面であり、出射面が水平方向に凹面を有したシリンドリカル面である１枚のシリンドリカルレンズから構成されている。
【００９０】
本実施例では光源手段１から発せられた光束をコリメータレンズ２で平行光束に変換した後、アナモフィック入射光学系７により水平方向にのみ発散光束に変換し、垂直方向は平行光束のまま第１の偏向器４ａへ入射させている。
【００９１】
本実施例のようにＴＶディストーションや斜め投影方式によって生じる台形歪などの画像歪を良好に補正するには、２次元走査光学系５にアナモフィックなパワーを持たせることが効果的であるが、一方で水平方向と垂直方向とで非点収差が発生し易くなり、解像度の劣化を招く。
【００９２】
そこで本実施例では光源手段１から偏向手段４までの間にアナモフィック入射光学系７を配置することにより、２次元走査光学系５で生じた非点収差を補正するようにしている。
【００９３】
本実施例において光源手段１から発せられた光束は、まず第１の偏向器４ａにより水平方向に偏向され、次に第２の偏向器４ｂにより垂直方向に偏向されて、スクリーン上を２次元走査される。このとき光源手段１と第１の偏向器４ａとの間に配置したアナモフィック入射光学系７は前述の如く水平方向のパワー（集光力）を垂直方向のパワーよりも弱くしている。具体的にはアナモフィック入射光学系７を構成する１枚のシリンドリカルレンズ７を水平方向は負のパワーとし、垂直方向はノンパワーとしている。これにより２次元走査光学系５によってスクリーン面６上に発生する非点収差を良好に補正している。更には２次元走査光学系５の画像歪を補正する効果を増大させている。
【００９４】
本実施例ではアナモフィック入射光学系７にシリンドリカルレンズを用いたことにより、製造を容易にし、かつコストダウンを図っている。
【００９５】
このように本実施例においては上述した構成より成る２次元走査光学系を用いることにより、偏向手段により２次元的に偏向されることにより生じるＴＶディストーションやスクリーン面に対して画像を斜めに投影したことにより生じる台形歪を良好に補正している。
【００９６】
尚、本実施例では第１の走査レンズ５ａの入射面、出射面、そして第２の走査レンズ５ａの入射面の３つの面に曲率半径単調変化アナモフィック面を形成したが、これに限るものではなく、１つ以上の面に形成すれば良い。
【実施例２】
【００９７】
図１３は本発明の実施例２における２次元走査装置の垂直方向の要部断面図（垂直断面図）である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００９８】
本実施例において前述の実施例１と異なる点は２次元走査光学系５を構成する各走査レンズ５ａ，５ｂ，５ｃのレンズ形状を変更したことである。その他は構成及び光学的作用は実施例１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００９９】
即ち、同図において５は２次元走査光学系（走査光学手段）であり、実施例1とは異なるレンズ形状より成る第１、第２、第３の３枚の走査レンズ５ａ，５ｂ，５ｃを有しており、偏向手段４によって２次元的に偏向された光束をスクリーン面６上にスポットとして結像させている。
【０１００】
表−４に本実施例における２次元走査装置の構成を示す。
【０１０１】
【表４】
2005157111.tif 000006
【０１０２】
本実施例では第１の走査レンズ５ａの入射面５ａｉ、出射面５ａｏ、そして第２の走査レンズ５ｂの入射面５ｂｉをＹトーリック面とし、その他の走査レンズのレンズ面は球面もしくはシリンドリカル面にて構成している。
【０１０３】
本実施例のＹトーリック面は、垂直方向（Ｙ軸方向）の形状である母線形状を下記(1)式で表現される非球面形状とし、母線と同一の平面に存在し、且つ母線から距離Ｘだけ離れた位置にある軸を中心に回転させてできる面（以下「非球面Ｙトーリック面」（非球面Ｙトロイダル面）とも称す。）である。尚、非球面Ｙトーリック面を有するレンズを以下「非球面Ｙトーリックレンズ」とも称す。
【０１０４】
【数１】
2005157111.tif 000007
【０１０５】
但し、
Ry : Y方向の曲率半径
k : コーニック定数
A,B,C,D : 非球面係数
Ｙトーリック面は母線から回転軸までの距離が子線曲率半径となるので、母線に沿った子線曲率半径の変化は母線形状によって決まる。本実施例のように母線を非球面形状で構成した場合、子線形状は円弧のままとなるが、子線円弧形状の曲率半径を比較的自由に決定することができる利点がある。
【０１０６】
図１４は本実施例の第１の走査レンズ５ａの入射面５ａｉ、出射面５ａｏ、そして第２の走査レンズ５ｂの入射面５ｂｉにおける子線曲率半径の絶対値の変化の様子を示す図である。
【０１０７】
本実施例においても前述の実施例1と同様に第１の走査レンズ５ａの入射面５ａｉ、出射面５ａｏ、そして第２の走査レンズ５ｂの入射面５ｂｉは、母線（垂直方向）及び子線（水平方向）ともに曲率中心が偏向手段４側にある樽型のトーリック面であって、母線に沿った子線曲率半径の絶対値が一方から他方へ向かうにつれ連続的に大から小へ単調に減少する曲率半径単調変化アナモフィック面としている。これにより本実施例では偏向手段４によって２次元的に光走査する際に生じる画像歪（ＴＶディストーションや台形歪）を良好に補正している。
【０１０８】
また子線曲率半径の絶対値が大きい側を第１の走査レンズ５ａの入射面５ａｉ、出射面５ａｏ、そして第２の走査レンズ５ｂの入射面５ｂｉで一致させており、負のパワーの面と正のパワーの面とによる子線曲率半径のベンディングさせている。さらに本実施例では母線形状を非球面形状とすることにより垂直方向の収差補正のみならず、子線曲率半径の変化に自由度を持たせてＴＶディストーションならびに台形歪の補正効果を大きくしている。
【０１０９】
図１５は本実施例の走査画像（格子）を示す図である。尚、表−５にＴＶディストーションと台形歪の量を示す。
【０１１０】
【表５】
2005157111.tif 000008
【０１１１】
本実施例の２次元走査装置ではＴＶディストーションの量が上辺L1で0.18％、下辺L2で0.08％、左辺L3で0.09％、右辺L4で0.09％であり、良好に補正している。台形歪の量は左辺L3で0.12％、右辺L4で0.12％とかなり良好に補正している。
【０１１２】
本実施例のように母線が非球面形状な非球面Ｙトーリックレンズを用いれば、子線曲率半径が比較的自由に選択できるので、ＴＶディストーション又は／及び台形歪を良好に補正することができる子線曲率半径の変化に設定することができる。これにより前述の実施例１の構成よりもＴＶディストーションならびに台形歪を更に良好に補正することができる。
【０１１３】
本実施例では非球面Ｙトーリックレンズを例に挙げたが、これに限ったものではなく、例えば母線形状に相関なく、子線曲率半径を変化させても本発明の効果を十分に得ることができる。
【０１１４】
またこの２次元走査装置を走査型画像表示装置に搭載することにより、常に高品位な画像を表示することのできる画像形成装置を提供することができる。
【実施例３】
【０１１５】
図１６は本発明の実施例３における２次元走査装置の垂直方向の要部断面図（垂直断面図）である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【０１１６】
本実施例において前述の実施例２と異なる点は非球面Ｙトーリック面の他に、母線方向と子線方向の曲率半径に相関のない自由曲面を設けて２次元走査光学系５を構成したことである。その他は構成及び光学的作用は実施例１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【０１１７】
即ち、同図において５は２次元走査光学系（走査光学手段）であり、実施例２とは異なるレンズ形状より成る第１、第２、第３の３枚の走査レンズ５ａ，５ｂ，５ｃを有しており、偏向手段４によって２次元的に偏向された光束をスクリーン面６上にスポットとして結像させている。本実施例における２次元走査光学系５は非球面Ｙトーリック面の他に、母線方向と子線方向の曲率半径に相関のない自由曲面を設けて構成している。
【０１１８】
表-６に、本実施例における２次元走査光学装置の構成を示す。
【０１１９】
【表６】
2005157111.tif 000009
【０１２０】
本実施例の２次元走査光学系５も前述の実施例２と同様に第１、第２、第３の３枚の走査レンズ５ａ、５ｂ、５ｃで構成されている。このうち第１の走査レンズ５ａの入射面５ａｉ、出射面５ａｏ、そして第２の走査レンズ５ｂの入射面５ｂｉに非球面Ｙトーリック面（非球面Ｙトロイダル面）を用いており、第２の走査レンズ５ｂの出射面５ｂｏ、第３の走査レンズ５ｃの入射面５ｃｉに下記(2)式に示したＸＹ多項式で表現される自由曲面を用いている。
【０１２１】
【数２】
2005157111.tif 000010
【０１２２】
但し、
R : 曲率半径 （ R=Ry=Rx ）
K : コーニック定数
Cmn : XｍYｎの係数
m,n : 整数 （ m + n ≦ 6 ）
図１７は本実施例の第１の走査レンズ５ａの入射面５ａｉ、出射面５ａｏ、そして第２の走査レンズ５ｂの入射面５ｂｉにおける子線曲率半径の絶対値の変化の様子を示す図である。
【０１２３】
本実施例においても前述の実施例２と同様に第１の走査レンズ５ａの入射面５ａｉ、出射面５ａｏ、そして第２の走査レンズ５ｂの入射面５ｂｉの非球面Ｙトーリック面は、子線曲率半径が母線方向（垂直方向）に沿って変化し、該母線方向の一方から他方へ向けて子線曲率半径が単調に増加する曲率半径単調変化アナモフィック面としている。これにより本実施例では偏向手段４によって２次元的に光走査する際に生じる画像歪（ＴＶディストーションや台形歪）を良好に補正している。
【０１２４】
図１８は本実施例での第２の走査レンズ５ｂの出射面５ｂｏと第３の走査レンズ５ｃの入射面５ｃｉとにおける子線曲率半径の絶対値の変化を示した図である。同図は横軸に垂直方向の画角をとり、縦軸に水平方向の画角が最大かつ垂直方向の画角が各値のときに光束が各レンズ面を通過した位置における子線の局所の曲率半径（局所曲率半径）の絶対値をとっている。
【０１２５】
本実施例の第２の走査レンズ５ｂの出射面５ｂｏと第３の走査レンズ５ｃの入射面５ｃｉは各々ＸＹ多項式で表現された自由曲面としており、子線形状が非球面形状から成っているため、レンズ面の水平方向（Ｘ軸方向）の位置により子線の局所曲率半径が変化する面である。また水平方向は偶数次の非球面係数のみを用いてレンズ光軸を挟んだ左右で対称な形状とし、左右対称に使用しているが、垂直方向（Ｙ軸方向）には奇数次の非球面係数を用いて非対称な形状とし、レンズ光軸に対しても非対称に使用している。
【０１２６】
この面の特性を生かし、ＴＶディストーションや台形歪などの画像歪が発生しやすい画像の周辺部において、垂直方向に局所曲率半径を単調に変化させることにより、画像歪を良好に補正することができる。
【０１２７】
本発明の比較例では、垂直方向（Ｙ軸方向）の線（左辺L3、右辺L4）にＴＶディストーションや台形歪が発生している。そこで本実施例では第２の走査レンズ５ｂの出射面５ｂｏと第３の走査レンズ５ｃの入射面５ｃｉを水平方向における周辺部（画角１０割）において、水平方向の曲率半径（局所曲率半径）が垂直方向に沿って一方から他方へ向かうにつれて徐々に大きくなる子線曲率単調変化面（局所曲率半径単調変化アナモフィック面）とすることにより、偏向手段４によって２次元的に光走査する際に生じる画像歪（ＴＶディストーションや台形歪）を良好に補正している。
【０１２８】
図１９は本実施例の２次元走査装置における走査画像（格子）を示した図である。尚、表−７にＴＶディストーションおよび台形歪の量を示す。
【０１２９】
【表７】
2005157111.tif 000011
【０１３０】
本実施例における２次元走査装置では、ＴＶディストーションは、上辺L1が0.02％、下辺L2が0.06％、左辺L3が0.01％、右辺L4が0.01％であり、ＴＶディストーションをほぼ完全に補正している。また台形歪は上辺L1、下辺L2、左辺L3、右辺L4共に0.00％であり、台形歪を完全に補正している。
【０１３１】
これにより従来より画像の品位を低下させて問題となっていたＴＶディストーションや台形歪などの画像歪を２次元走査光学系によりほぼ完全に補正することができ、常に良好なる高品位な画像が得られる２次元画像表示装置を提供することができる。
【０１３２】
尚、本実施例では第２の走査レンズ５ｂの出射面、そして第３の走査レンズ５ｃの入射面の２つの面に子線曲率単調変化面を形成したが、これに限るものではなく、１つ以上の面に形成すれば良い。
【０１３３】
（カラー画像形成装置）
尚、本発明の各実施例１、２、３における光源手段を、例えば図２０に示すように赤１-Ｒ・緑１-Ｇ・青１-Ｂの３色の光源とし、該３色の光源１-Ｒ・１-Ｇ・１-Ｂのそれぞれの発光点から出射した光束をそれぞれ対応するコリメータレンズ２-Ｒ，２-Ｇ，２-Ｂにより平行光束に変換し、ダイクロイックプリズム８などの色合成手段により合成して１本の白色光束Ｂｗを形成し、図示しない偏向手段へ入射させ２次元的に偏向させ、本発明の２次元走査装置を用いてスクリーン上に２次元カラー画像を表示させる走査型カラー画像表示装置として用いても良い。
【０１３４】
本発明の各実施例１、２、３における２次元走査装置は、赤・緑・青の各色光において、倍率色収差が良好に補正されており、走査型カラー画像表示装置に対応させている。
【０１３５】
また各実施例１、２、３では、１次元方向に偏向可能な２つの偏向器を組み合わせて偏向手段４を構成したが、これに限ったものではなく、例えば図２１に示したような、２次元方向に共振可能なＭＥＭＳデバイスを１つ用いた場合でも本発明の効果を得ることができる。このとき反射面４-１に対して斜入射する方向に曲率半径単調変化アナモフィック面の曲率半径の絶対値が変化するように設定すれば良い。
【０１３６】
尚、図２１において４は偏向手段、４−１は反射面、４−２はトーションバー、４−３は筐体、４−４はトーションバー、４−５は筐体である。
【実施例４】
【０１３７】
図２２は本発明の実施例４における２次元走査装置の要部概要図である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【０１３８】
本実施例において前述の実施例１と異なる点はアナモフィック入射光学系１７にアナモフィックレンズを用いた点と、これに合わせて走査光学系５を構成する各走査レンズのレンズ形状を変更したことである。その他は構成及び光学的作用は実施例１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【０１３９】
即ち、同図において１７はアナモフィック入射光学系であり、水平方向（Ｘ軸方向）におけるパワーが負、垂直方向（Ｙ軸方向）におけるパワーが正より成る１枚のアナモフィックレンズを有している。尚、アナモフィック入射光学系１７は複数のアナモフィックレンズより構成しても良く、また他のレンズと組み合わせても良い。５は走査光学手段としての２次元走査光学系であり、第１、第２、第３の３枚の走査レンズ５ａ，５ｂ，５ｃを有しており、偏向手段４によって２次元的に偏向された光束を不図示のスクリーン面上にスポットとして結像させている。
【０１４０】
表−８に本実施例における２次元走査光学装置の構成を示す。
【０１４１】
【表８】
2005157111.tif 000012
【０１４２】
次に本実施例におけるアナモフィック入射光学系１７について説明する。
【０１４３】
アナモフィック入射光学系１７は、水平方向（Ｘ軸方向）におけるパワーが負、垂直方向（Ｙ軸方向）におけるパワーが正より成り、入射面１７ｉが平面であり、出射面１７ｏの水平方向の形状が凹面、垂直方向の形状が凸面のアナモフィック面から成る１枚のアナモフィックレンズで構成されている。
【０１４４】
このアナモフィック入射光学系１７は、光源手段１からの平行光束を水平方向においては発散光束に変換し、垂直方向においては収束光束に変換している。
【０１４５】
図２３は本実施例の２次元走査装置における走査画像（格子）を示す図である。尚、表‐９にＴＶディストーションおよび台形歪の値を示す。
【０１４６】
【表９】
2005157111.tif 000013
【０１４７】
本実施例における２次元走査装置において、ＴＶディストーションは上辺L1が0.02％、下辺L2が0.06％、左辺L3が0.14％、右辺L4が0.14％であり、前述した実施例１と比較してＴＶディストーションをより良好に補正している。また台形歪は上辺L1、下辺L2共に0.00％、左辺L3、右辺L4共に0.20％であり、台形歪を良好に補正している。
【０１４８】
このように光源手段１と第２の偏向器４ｂとの間にアナモフィック入射光学系１７を配置することによって、２次元走査光学系５によるＴＶディストーションや台形歪などの画像歪を補正する効果を助長し、画像歪の少ない２次元走査装置を提供することができる。
【０１４９】
さらにはアナモフィック入射光学系１７の水平方向（Ｘ軸方向）におけるパワーが垂直方向（Ｙ軸方向）におけるパワーよりも弱くなるように設定すると大きな効果が得られる。
【０１５０】
尚、本実施例ではアナモフィック入射光学系１７の水平方向におけるパワーを負、垂直方向におけるパワーを正としたが、これに限ったものではなく、例えばアナモフィック入射光学系１７の水平方向におけるパワーが垂直方向よりも弱い正としても本発明と同等の効果が得られる。また本実施例ではアナモフィック入射光光学系としてアナモフィックレンズを用いたが、これに限ったものではなく、例えばアナモフィックミラーを用いても本発明と同等の効果が得られる。
【０１５１】
尚、各実施例１〜４においては２次元走査光学系を３枚の走査レンズより構成したが、これに限ったものではなく、例えば単一、もしくは２枚、もしくは４枚以上で構成してもよい。このとき1枚以上の走査レンズの１つ以上の面に曲率半径単調変化アナモフィック面を設けて構成すれば良い。また回折光学素子を含ませて２次元走査光学系を構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１５２】
【図１】本発明の実施例１における２次元走査装置の要部斜視図
【図２】本発明の実施例１における要部概要図
【図３】ＭＥＭＳデバイスの要部概要図
【図４】本発明の実施例１における２次元走査装置の垂直方向の要部概要図
【図５】本発明の実施例１における２次元走査光学系の垂直断面図
【図６】本発明の実施例１における２次元走査光学系の垂直断面図
【図７】Ｙトーリック面の説明図
【図８】本発明の実施例１における走査レンズの子線曲率半径変化の様子を示す図
【図９】本発明の実施例１における走査画像（格子）を示す図
【図１０】比較例における走査画像（格子）を示す図
【図１１】ＴＶディストーションならびに台形歪みの算出方法の説明図
【図１２】スクリーンの位置と入射角との関係を示す図
【図１３】本発明の実施例２における２次元走査装置の垂直方向断面図
【図１４】本発明の実施例２における走査レンズの子線曲率半径変化の様子を示す図
【図１５】本発明の実施例２における走査画像（格子）を示す図
【図１６】本発明の実施例３における２次元走査装置における垂直方向断面図
【図１７】本発明の実施例３における走査レンズの子線曲率半径変化の様子を示す図
【図１８】本発明の実施例３における第２の走査レンズの出射面と第３の走査レンズの入射面における子線曲率半径変化の様子を示す図
【図１９】本発明の実施例３における走査画像（格子）を示す図
【図２０】本発明のカラー表示用３色光源の要部概要図
【図２１】本発明の２次元方向に共振可能なＭＥＭＳデバイスの要部概要図
【図２２】本発明の実施例４における２次元走査装置の要部概要図
【図２３】本発明の実施例４における走査画像（格子）を示す図
【符号の説明】
【０１５３】
１  光源手段（半導体レーザ）
２  集光レンズ（コリメータレンズ）
３  開口絞り
４  偏向手段（偏向器：ＭＥＭＳミラー、ガルバノミラー）
４ａ  第１の偏向器
４ｂ  第２の偏向器
５  走査光学手段（２次元走査光学系）
５ａ  第１の走査レンズ
５ｂ  第２の走査レンズ
５ｃ  第３の走査レンズ
６  被走査面（スクリーン面）
７、１７  アナモフィック入射光学系
【図９】
2005157111.tif 000014
【図１０】
2005157111.tif 000015
【図１５】
2005157111.tif 000016
【図１９】
2005157111.tif 000017
【図２３】
2005157111.tif 000018
【図１】
2005157111.tif 000019
【図２】
2005157111.tif 000020
【図３】
2005157111.tif 000021
【図４】
2005157111.tif 000022
【図５】
2005157111.tif 000023
【図６】
2005157111.tif 000024
【図７】
2005157111.tif 000025
【図８】
2005157111.tif 000026
【図１１】
2005157111.tif 000027
【図１２】
2005157111.tif 000028
【図１３】
2005157111.tif 000029
【図１４】
2005157111.tif 000030
【図１６】
2005157111.tif 000031
【図１７】
2005157111.tif 000032
【図１８】
2005157111.tif 000033
【図２０】
2005157111.tif 000034
【図２１】
2005157111.tif 000035
【図２２】
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